JPH05267066A - インダクタンス素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】磁性粉20を含有した弾力性樹脂30によって磁芯
の少なくとも一部を形成し、力の作用により樹脂部分を
弾性変形させ、インダクタンスを可変したインダクタ。 【効果】小さな力でもインダクタンスを可変でき、迅速
若しくは高速に力の大きさをインダクタンスの変化に容
易に変換することができる。また、構造が単純であって
組み立てが容易であり、小型で低消費電力（バイアス不
要）、高信頼性、低コストのインダクタとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインダクタンス素子に関
し、例えば圧力センサに好適なインダクタンス可変の素
子に関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来、インダクタンスが可変の可変インダ
クタンスとしては、図11や図12に示すものが知られてい
る。

【０００３】図11の可変インダクタＬは、コア１の中央
部にインダクタンス調整ねじ２を設け、このねじ２のね
じ込み量によってギャップ３を変化させ、信号用のコイ
ル４に電流を流すことにより発生する磁束に対する実効
的な透磁率を変化させるものである。この透磁率の変化
に対応してインダクタンスＬが変化することになる。

【０００４】しかし、図11の可変インダクタＬは機械式
（ねじ式）であるため、インダクタンスを高速にかつ頻
繁に可変することができない。つまり、インダクタンス
を変えるときは、その都度ねじ２を廻して調整しなけれ
ばならず、また調整されるギャップ３も正確に調整する
にはねじ２の回転操作をゆっくり行う必要がある。この
ため、この可変インダクタは、例えば電気信号を直接変
調するといった用途には適さない。

【０００５】図12の可変インダクタＬは、飽和型と称さ
れ、コア11の中央部に信号用のコイル14を巻き、その周
辺部には可変抵抗15及びバイアス電源16付きのバイアス
用コイル17を巻いたものである。

【０００６】この飽和型可変インダクタＬの場合、バイ
アス電流による磁気飽和（飽和特性）で透磁率を変化さ
せているため、インダクタンスを可変する際の高速応答
は可能であるが、バイアス用の磁路が付加されるために
大型となる上に、制御用に消費する電力も大きくなる。

【０００７】

【発明の目的】本発明の目的は、高速かつ容易にインダ
クタンスを可変でき、かつ構造が簡単で小型、低消費電
力、高信頼性、低コストのインダクタンス素子を提供す
ることにある。

【０００８】即ち、本発明は、磁性粉を含有しかつ弾力
性のある樹脂によって磁芯の少なくとも一部が形成さ
れ、この樹脂部分が力の作用によって弾性変形するよう
に構成されているインダクタンス素子に係るものであ
る。

【０００９】本発明のインダクタンス素子は、外圧によ
って樹脂部分が弾性変形し、或いは樹脂部分の周囲に巻
回されたコイルに流す電流によって発生する力で樹脂部
分が弾性変形し、インダクタンスが変化するように構成
することができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１〜図
５は、本発明の第１の実施例を示すものである。

【００１１】本実施例によるインダクタンス素子（可変
インダクタ）は、図１及び図２に示すように、フェライ
ト等の軟磁性粉20を分散させた弾力性のある（弾性変形
可能な）柔らかい樹脂の成形体30によって磁芯コア21を
形成し、このコア中にコイル24を埋設したものである。

【００１２】この可変インダクタＬにおいては、樹脂成
形体30が弾力性があるため、図２に概略図示する如くに
外部から圧力Ｐが加わると、一点鎖線のように弾性変形
して圧力方向に体積を変化する性質がある。この圧力Ｐ
は比較的弱くても上記のように弾性変形するように構成
できる。

【００１３】このように圧力Ｐによって樹脂30が体積変
化する（高さ方向で縮む）と、コアとしての実効透磁率
が変化し、インダクタンスがそれに対応して変化する。
これを図３で原理的に説明する。

【００１４】図３には、理解容易のために樹脂30中の磁
性粉20を拡大して示した。そして、圧力Ｐが加わると、
樹脂30の変形により磁性粉20同士の間隔が変化すること
になる。この場合、各部分を次のように定義する（但
し、以下に「平均」とあるのは、磁性粉粒子100 個分に
ついて電子顕微鏡で観察して得られた平均値を意味す
る）。

【００１５】 dp：圧力を加えないときの平均粒子間隔（μｍ） dp′：圧力を加えたときの平均粒子間隔（μｍ） df：磁性粉の平均直径（μｍ） μp:樹脂の透磁率 μf:磁性粉の透磁率

【００１６】コアの実効透磁率を、圧力を加えないとき
でμe 、圧力を加えたときでμｅ′とすると、これらは
次式で表わせる。

【式１】

【００１７】ここで、具体的な数値例として、 dp＝20μｍ dp′＝15μｍ df＝50μｍ μp=１ μf=1000 としたとき、上記(1) 及び(2) 式から、 μe ≒3.5 μｅ′≒4.3 となる。

【００１８】このことは、樹脂部30が圧力方向に20μｍ
の粒間隔から15μｍの粒間隔へと25％圧縮されると、実
効透磁率が 3.5から 4.3へと約23％増大することを示し
ている。

【００１９】従って、本例によるインダクタＬは、圧力
Ｐの作用でコアの弾性変形（圧縮）によって透磁率が増
大し、これに伴なってインダクタンスが増大する方向に
変化する。そして、圧力Ｐの大きさに応じて、インダク
タンスは種々に変化若しくは設定できる。また、逆に、
圧力Ｐを除けば（或いは圧力Ｐを小さくしていくと）、
インダクタンスを小さくする方向に可変できる。

【００２０】本例による可変インダクタＬは、例えば圧
力センサとして好適である。図４はその一例を示すもの
であり、樹脂30中に埋め込まれたコイル24の各端子Ａ及
びＢをＬＣ回路31のキャパシタＣの両極に夫々接続す
る。そして、抵抗Ｒ及び電源Ｅを接続した出力端子Ｃ及
びＤ間には、出力電圧ｅが取り出されるようになってい
る。

【００２１】この場合、可変インダクタＬに対して圧力
Ｐ（例えば体重）がかけられると、図３で説明した理由
からインダクタＬのインダクタンスが変化し（若しくは
大きくなり）、これによって上記ＬＣ回路31の共振イン
ピーダンスＺが図４に示すように低下し、出力電圧ｅの
振幅が減少する。但し、樹脂30の弾性変形と同時にコイ
ル24も圧力Ｐ方向に追随して弾性変形するので、全体と
しての変形は非常にスムーズとなる。

【００２２】このようにして、圧力Ｐの大きさに応じて
出力電圧がすぐに変化するので、例えば体重計として用
いると、体重の度合に応じて出力電圧の変化をメータ表
示することができる。図５には、体重計の一例を示した
が、可変インダクタＬを基台32上に固定し、各端子Ａ及
びＢをプリント基板33に配したＬＣ回路31に接続する一
方、可変インダクタＬの上面にはガイド34で案内される
上下動可能な取り付け台35を設け、これに体重を受ける
受け皿36を固定すればよい。

【００２３】なお、本例の可変インダクタＬを構成する
のに使用可能なフェライト磁性粉20は、Ni系、Mg系、Mn
系等の軟磁性粉である。また、弾力性のある樹脂30とし
ては、ポリウレタン、軟質ポリ塩化ビニル、ポリエチレ
ン、ポリイソブチレン、ポリブタジエン等が挙げられ
る。

【００２４】フェライト磁性粉は、コアの透磁率のため
には成形体中で重量比率で60％以上含有されているのが
望ましく、70〜98重量％が更に望ましい。一例として、
フェライト磁性粉：樹脂＝９：１（即ち、90重量％）が
採用される。

【００２５】上記の樹脂成形体30の作製方法を具体例を
挙げて説明すると、まず、酸化鉄を主成分とする原料組
成物をボールミルで粉砕し、これに添加剤（バインダ
ー、消泡剤、潤滑剤、可塑剤）を投入しながらスラリー
濃度を調整し、スラリー組成物を調製する。下記に原料
組成物及び添加剤の各組成を示す。

【００２６】原料組成物 Fe₂O₃ 49.72mol％ ZnO 31.70mol％ NiO 9.11mol％ CuO 9.47mol％ 添加剤 バインダ（ポリビニルアルコール） 120リットル 消泡剤 １リットル 潤滑剤 8.5 kg 可塑剤 1.0 kg スラリー濃度（原料組成物％） 55 ％

【００２７】このようにして調製したスラリー組成物を
スプレー乾燥し、ほぼ球形の造粒粉とする。そして、こ
の造粒粉を約1050〜1100℃の温度で攪拌しながら焼成し
てほぼ球形のNi−Zn−Cu系フェライト粉末（粒子径＝数
μｍ〜数10μｍ）を得る。

【００２８】次に、上記フェライト粉末を、高分子材料
に重量比で70〜98重量％ほど混練してコアの原材料を得
る。この原材料をコイル24をセットした型内に注入し、
コアを射出成形する。

【００２９】他にも、下記のMg−Zn系、Mn−Zn系のフェ
ライト粉末を用いたコア成形体を作製することができ
る。 Mg−Zn系： Fe₂O₃ 48.0 mol％ MgO 20.5 mol％ CuO 7.5 mol％ ZnO 24.0 mol％ Mn−Zn系： Fe₂O₃ 53.0 mol％ MnCO₃ 34.0 mol％ ZnO 13.0 mol％

【００３０】以上に説明したことから明らかなように、
本実施例の可変インダクタＬは下記(1)〜(3) に示す利
点を有している。

【００３１】(1) 上記した如く、磁性粉を含有した弾性
樹脂によってコア21を形成し、外圧Ｐの作用下での樹脂
部分の弾性変形によってインダクタンスを可変できるよ
うにしたので、小さな外圧でもインダクタンスを可変で
き、迅速若しくは高速に外力の大きさをインダクタンス
の変化に容易に変換することができる。この可変インダ
クタンス素子は、例えば外力の変化が数kHz と高速変化
しても、これに十分に応答することが可能である。

【００３２】(2) この可変インダクタンス素子は、コイ
ル24の樹脂30中へのインサート成形によって作製でき、
また従来のようにコアにコイルを巻き付けることも要し
ない等、インダクタンス可変のための構造が単純であっ
て組み立てが容易であり、小型で低消費電力（バイアス
不要）、高信頼性、低コストのインダクタとなる。ま
た、コイル24は全体が樹脂30で被覆されているので、コ
イルから生じる磁束は樹脂30中に磁路を作り、外部へ放
出され難くなるため、漏洩磁束が減少し、かつ外部から
の磁気をシールドする効果もある。

【００３３】(3) また、コアを射出成形で作製できるこ
とから、その寸法精度も良好であり、かつ成形に用いる
型によって任意形状のものを容易に作製でき、また成形
後に研磨等の加工も必要としない。

【００３４】図６は、上述した例に比べて、可変インダ
クタＬの構造を変更した実施例を示す。

【００３５】即ち、磁芯コア41を２つの部分で構成し、
コイル24を巻回した磁性体（例えばNi−Zn系フェライ
ト）の焼結体部分41Ａと、上記と同様のフェライト磁性
粉含有の弾力性樹脂部分41Ｂとによって構成している。

【００３６】このようにコアを構成しても、圧力Ｐを加
えると樹脂部分41Ｂの透磁率が上述したと同様の理由で
変化し、これに伴なってインダクタとしてのインダクタ
ンスが変化する。従って、上述したと同様にインダクタ
ンス可変素子、例えば圧力センサとして有用なものとな
る。

【００３７】図６の例の場合、コイル24をコアに巻き付
けるための作業は必要となるが、従来と同じ方法でコア
41Ａを作製し、これに樹脂部分21Ｂを接着等で取り付け
ればよい。

【００３８】図７〜図10は、本発明の更に他の実施例を
示すものである。この例の場合、図７に示すように、ギ
ャップ50付きの磁性体（例えばNi−Zn系フェライト）の
焼結体コア部分51Ａと、フェライト磁性粉含有の樹脂部
分51Ｂとによって磁芯コア51を形成し、樹脂部分51Ｂの
周囲にはコイル24を巻回している。

【００３９】こうした構成のインダクタにおいて、図８
のように端子Ａ−Ｂ間に抵抗Ｒ及び電源Ｅを接続してコ
イル24に電流Ｉを流すと、これによって発生する力Ｆで
樹脂部分51Ｂが弾性変形して圧縮される。この結果、図
３で説明した理由から樹脂部分51Ｂの透磁率が変化する
だけでなく、ギャップ50の長さｌが変動することにな
る。

【００４０】この場合、電流Ｉが小さいとき（抵抗Ｒが
大のとき）には力Ｆが小さくなってギャップ長ｌが大き
く、他方、電流Ｉが大きいとき（抵抗Ｒが小のとき）に
は力Ｆが大きくなってギャップ長ｌが小さくなるから、
電流Ｉの大きさによってギャップ長ｌを可変でき、図８
に示すようにそれに伴ってインダクタンスＬを変化させ
ることができる。

【００４１】即ち、電流Ｉに比例してインダクタンスＬ
を増大させることができる。従来の素子（樹脂部分51Ｂ
はなし）では、図８中に破線で示すように、インダクタ
ンスは、ギャップ長ｌが一定であるためにほぼ一定にし
かならない。

【００４２】このように、本実施例のインダクタは電流
に応じて高速にインダクタンスが変化するため、上述し
た実施例で述べた作用効果に加えて、下記 (1)〜(2) の
作用効果を奏する。

【００４３】(1) 電流Ｉの変化に追随できるため、例え
ば数kHz の交流といった高速の変化にも十分に応答する
可変インダクタンス素子となる。

【００４４】(2) 電流Ｉによりギャップ長が変化するた
め、特定の電流−インダクタンス特性をもつ素子として
用いることができる。

【００４５】図９には、本例の可変インダクタの使用例
として、テレビジョン受像機の画歪補正回路を概略図示
したものである。図中の52はブラウン管、53は水平又は
垂直偏向ヨーク、54は水平又は垂直偏向出力トランジス
タであって、本例の可変インダクタＬは偏向ヨーク53と
並列に接続されている。

【００４６】この画歪補正回路の動作を説明すると、可
変インダクタＬが無い場合、出力トランジスタ54により
得られる信号波形は図10に破線55Ａで示すように歪む傾
向があり、これに応じて電子ビームの偏向状態がずれて
しまう。ところが、上記の可変インダクタＬを並列に接
続したことにより、電流Ｉが増大するとＬに分流する電
流Ｉ′が減少し、これによって図10に実線55で示すよう
に直線に近い波形となる。

【００４７】従って、可変インダクタンス素子Ｌによっ
て、高速でインダクタンスを可変できるため、偏向回路
の電流を変調し、テレビジョン画像の歪を補正すること
ができる。

【００４８】以上、本発明を実施例について説明した
が、上述の実施例は本発明の技術的思想に基いて種々に
変形可能である。

【００４９】例えば、上述した樹脂部分を含め、コアの
形状や材質等は種々変更してよい。使用する磁性粉はフ
ェライト磁性粉以外にもセンダスト、パーマロイ、カー
ボニル鉄等の他の磁性粉も使用可能であり、またその形
状も粉粒状以外であってよい。使用する樹脂も上述した
ものに限られることはない。

【００５０】また、コアの作製方法（特に樹脂部分）に
ついては、上述した射出成形法だけでなく、例えばプレ
ス成形法（フェライト磁性粉を混練した樹脂を粉砕した
後にプレス成形し、更に 200℃程度の低温で熱処理）
や、加熱プレス成形法（上記プレス成形法でのプレス成
形を 200℃程度と低温の加熱下で行い、成形後は熱処理
が不要の方法）等も可能である。これらのプレス成形で
は、粉砕によって金型への充填率を上げられ、また磁気
特性の面でも粉砕後の粒径は適宜採用できるし、加熱プ
レス成形法の場合はコアの透磁率を高めることができ
る。

【００５１】また、上述した可変インダクタンス素子の
用途は種々存在し、上述したものに限られることはな
い。そして、この素子はチョークコイル等としても使用
可能であり、またコイルを一対用いるとトランスとして
も使用できる。図７の例においては、ギャップ50自体を
なくしても差支えないこともある。

【００５２】

【発明の作用効果】本発明は上述の如く、磁性粉を含有
した弾力性樹脂によって磁芯の少なくとも一部を形成
し、力の作用により樹脂部分を弾性変形させているの
で、この弾性変形によってインダクタンスを可変でき、
従って小さな力でもインダクタンスを可変でき、迅速若
しくは高速に力の大きさをインダクタンスの変化に容易
に変換することができる。

【００５３】また、この素子はインダクタンス可変のた
めの構造が単純であって組み立てが容易であり、小型で
低消費電力（バイアス不要）、高信頼性、低コストのイ
ンダクタとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による可変インダクタンス素子
の概略斜視図である。

【図２】同可変インダクタンス素子の断面図である。

【図３】同可変インダクタンス素子において圧力によっ
てインダクタンスが変化することを説明するための原理
図である。

【図４】同可変インダクタンス素子を圧力センサとして
使用したときの回路図と各特性図である。

【図５】同可変インダクタンス素子を体重計に応用した
ときの要部概略断面図である。

【図６】本発明の他の実施例による可変インダクタンス
素子の断面図である。

【図７】本発明の更に他の実施例による可変インダクタ
ンス素子の断面図である。

【図８】同可変インダクタンス素子において電流によっ
てインダクタンスが変化することを説明するための概略
図である。

【図９】同可変インダクタンス素子を画歪補正回路に使
用したときの要部回路図である。

【図10】同画歪補正回路の信号波形図である。

【図11】従来の可変インダクタンス素子の断面図であ
る。

【図12】従来の他の可変インダクタンス素子の断面図で
ある。

【符号の説明】

20・・・フェライト磁性粉 21、41、51・・・コア 24・・・コイル 30、41Ｂ、51Ｂ・・・樹脂成形体又は樹脂部分 31・・・ＬＣ回路 50・・ギャップ 52・・・ブラウン管 53・・・偏向ヨーク 54・・・出力トランジスタ Ｐ・・・圧力（外力） Ｌ・・・インダクタンス（素子）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁性粉を含有しかつ弾力性のある樹脂に
   よって磁芯の少なくとも一部が形成され、この樹脂部分
   が力の作用によって弾性変形するように構成されている
   インダクタンス素子。
2. 【請求項２】 外圧によって樹脂部分が弾性変形し、イ
   ンダクタンスが変化する、請求項１に記載したインダク
   タンス素子。
3. 【請求項３】 樹脂部分の周囲に巻回されたコイルに流
   す電流によって発生する力で樹脂部分が弾性変形し、イ
   ンダクタンスが変化する、請求項１に記載したインダク
   タンス素子。